孕育量一般是根據(jù)產(chǎn)品的金相組織確定的,要考慮的金相組織主要有石墨形態(tài)及長短、是否出現(xiàn)滲碳體、珠光體含量等。濕型砂是所有砂型中冷卻速度最快的砂型,含水量一般在3.0%左右,有些達到4.0%。因此,濕型砂生產(chǎn)灰鐵件最容易導(dǎo)致薄壁部位出現(xiàn)滲碳體,在其它條件不變的情況下,這成為判定孕育量加入多少最重要的依據(jù)。

許多公司曾經(jīng)遇到這樣的問題：同樣的原鐵液、同樣的孕育劑在不同的產(chǎn)品上用量相差很大,從0.15%到0.9%不等,而且加0.9%孕育量的產(chǎn)品薄壁部位還經(jīng)常出現(xiàn)滲碳體。即使零件形狀差別再大,如此大的偏差也是不合常理的,為此,我們進行了現(xiàn)場調(diào)查,結(jié)果如表1。

由于出鐵和吊爐料上爐臺是同一臺吊車,要改變出鐵方式對生產(chǎn)和物流勢必產(chǎn)生較大影響,于是我們選擇了加大隨流孕育的方式。根據(jù)各方面資料介紹,一般灰鑄鐵孕育量在0.2%左右就足可以保證孕育良好,我們則嘗試進行了加大隨流孕育量的試驗,試驗結(jié)果見表2。

 可知,增加隨流孕育加入量后,出鐵槽孕育劑加入量大大降低,因此,隨流孕育是解決孕育衰退好的辦法。但隨流孕育加入量太大,孕育劑有不能完全溶解的危險,因此,我們最后選擇了出鐵槽0.3%+隨流0.18%的方式。相對濕型砂,樹脂砂對灰鐵件的激冷要小得多,白口產(chǎn)生的可能性也要少很多,因此,確定孕育量主要應(yīng)該考慮石墨形態(tài)及長短,珠光體含量等。

某公司產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)白口,白口對產(chǎn)品加工性能影響很大,如何預(yù)防和消除一直是公司日常工作的重點。產(chǎn)生白口的原因很多,我們在此拋開零件本身的形狀和型砂水份的影響,僅就鐵液和孕育方面進行一些探究。

2.1 鐵液質(zhì)量的影響   

眾所周知，如果原鐵液白口深度深則產(chǎn)品白口也深。原鐵液白口深度與生鐵白口的遺傳性、廢鋼加入量的多少以及w(S)量的高低有關(guān)。在生產(chǎn)過程中,曾經(jīng)有一段時間,由于生鐵緊張,該公司只能用球鐵生鐵來生產(chǎn)灰鐵鑄件,其w(Si)量特別低,采用原有的孕育方式,產(chǎn)品白口多且深,只能用增加孕育量的辦法來消除白口。

多用廢鋼也會導(dǎo)致產(chǎn)品白口增加。而S對孕育的作用已經(jīng)比較清楚,w(S)在0.05%~0.1%,對孕育是有好處的,當然對減少白口也是有益的;如果w(S)低了,可以用加硫鐵精礦的辦法來補充,但w(S)是不是低于0.05%孕育就一定有問題呢?該公司曾經(jīng)在很長一段時間內(nèi),產(chǎn)品中w(S)量在0.02%~0.04%,也沒有出現(xiàn)孕育不良的問題,分析認為,這可能與該公司使用的孕育劑有關(guān)。  

該公司使用的SiBaCa孕育劑對高、低w(S)量鐵液均有良好的孕育作用。不過,為了保證良好的孕育,w(S)量還是稍高一點好。 

2.2孕育的影響

現(xiàn)有的消除白口能力強的孕育劑主要有含Sr、RE、Ca等元素的孕育劑,一般可確保在15~20min內(nèi)三角試片不出現(xiàn)白口,這對大多數(shù)產(chǎn)品來說已經(jīng)足夠。不過再強的孕育劑都存在衰退問題,所以預(yù)防白口的關(guān)鍵是鐵液孕育后如何盡快澆注的問題,而加強隨流孕育無疑又是其中好的辦法。  

我們的經(jīng)驗：只要隨流孕育加入量在0.15%左右,對大多數(shù)產(chǎn)品而言,白口問題基本可以得到解決。 

市場上銷售的孕育劑品種很多,應(yīng)該選擇性價比高又適合自己的孕育劑產(chǎn)品。  

3.1  75SiFe

75SiFe是最常采用的孕育劑,其中的Al、Ca對孕育效果有重要的作用。但75SiFe孕育的鐵液衰退很快,大件生產(chǎn)和流水線澆注爐生產(chǎn)時,一般不宜選擇。要有效促進A型石墨形成,防止薄壁處白口的產(chǎn)生,必須加大75SiFe加入量,有時要達到1.0%,但加入量1.0%不僅增加成本,而且有可能導(dǎo)致鑄件縮松。因此,不建議將其作為孕育劑。

3.2  含Sr孕育劑

含Sr孕育劑消除白口的能力很強,有利于改善薄壁鑄件中石墨的形態(tài)和分布狀況,使不同厚度處組織的差別更小,理論上還有預(yù)防縮松的作用。含Sr孕育劑對w(Al)、w(Ca)量有很高的要求,因為Al、Ca的孕育作用與Sr的作用剛好相反。一般要求w(Al)≤0.1%,w(Ca)≤0.3%,要達到這樣的w(Al)、w(Ca)量,必須對SiFe進行精煉,勢必增加含Sr孕育劑的生產(chǎn)成本,所以含Sr孕育劑都比較貴,差不多是75SiFe的2倍。 

不過含Sr孕育劑的加入量約為75SiFe的三分之一,因而總體來說,相比75SiFe的孕育效果有提高,經(jīng)濟上也是劃算的。有資料介紹含Sr孕育劑能夠解決產(chǎn)品縮松問題,然而該公司的生產(chǎn)實踐證明并非如此：生產(chǎn)的一種冰箱壓縮機零件,在產(chǎn)品的厚大部位偶爾出現(xiàn)縮松。公司曾試過修改澆注系統(tǒng)以增加對產(chǎn)品的補縮,降低澆注溫度減少產(chǎn)品的液態(tài)收縮,但效果均不明顯。試用含Sr孕育劑,加入量為出鐵槽0.25%+隨流0.15%,產(chǎn)品石墨等級為5級,薄壁部位無白口,但解剖厚大部位,仍存在縮松。產(chǎn)品共晶團數(shù)量為200個/mm2左右,比SiBaCa的500個/mm2左右確實要少,說明含Sr孕育劑沒有問題,同時說明含Sr孕育劑解決縮松效果是比較有限的,不可期望太高。

3.3含Ba孕育劑 

含Ba孕育劑最重要的作用是減緩孕育衰退,具有很強的促進石墨化的能力,可改善薄壁鑄件中石墨的形態(tài)和分布狀況,進而減少厚薄部位的硬度差。w(Ba)在20%～30%的SiBa孕育劑,能顯著降低鑄鐵的白口傾向,可保持孕育效果的時間增至30min左右,特別適用于大型鑄件,而用于小件可能導(dǎo)致產(chǎn)品珠光體量不夠。目前比較廣泛使用的是w(Ba)在2%~3%的含Ba孕育劑,加入量0.3%左右,鐵液在20min內(nèi)孕育基本不衰退,其價格僅比75SiFe貴1000多元,用量約為75SiFe的三分之一,是值得廣泛推廣的孕育劑。 

3.4稀土復(fù)合孕育劑

稀土孕育劑一般不單獨使用,經(jīng)常和Ba、Ca合成一種稀土-Ba-Ca孕育劑,在保留含Ba孕育劑優(yōu)點的基礎(chǔ)上,脫氧能力更強,對高w(S)鐵液特別有效。但這種孕育劑加入量不能過高,否則產(chǎn)品中w(RE殘)量過高,可能使鑄鐵結(jié)晶時產(chǎn)生過冷,出現(xiàn)滲碳體組織。使用時必須嚴格控制用量,用量不超過0.4%。稀土孕育劑價格也不是太貴,只比含Ba孕育劑稍高,是值得選擇的一種孕育劑。

我們應(yīng)該如何控制好購買的孕育劑質(zhì)量呢? 

4.1化學(xué)檢測

通過檢測孕育劑中的Si、Al、Ca、Ba、稀土等的質(zhì)量分數(shù)可以初步判定孕育劑是否合格,但這些元素的檢測比較復(fù)雜,需要時間比較長,一般鑄造廠并沒有這種能力,因而,下面的方法更加實用。 

4.2目測

開袋檢查孕育劑顏色是否正常?黑渣是否多?不符合粒度要求的、太粗的或太細的是否過多?這些問題最經(jīng)常出現(xiàn),每次進貨之后一定要開袋檢查。某公司曾經(jīng)購買過一批孕育劑,化學(xué)檢測元素合格,便投入使用,結(jié)果導(dǎo)致20多爐產(chǎn)品出現(xiàn)白口及石墨異常。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)是孕育劑中黑渣太多,孕育劑顏色發(fā)暗造成的。 

4.3現(xiàn)場試用

每批孕育劑到廠后,經(jīng)上述檢查合格,大家還要現(xiàn)場試用3~5爐,通過金相分析產(chǎn)品的石墨、白口、珠光體等組織,與正常生產(chǎn)的產(chǎn)品進行對比,發(fā)現(xiàn)異常立即停用,可避免批量產(chǎn)品報廢。 

4.4供應(yīng)商的選擇

在選擇供應(yīng)商時,一般選擇規(guī)模大一些并有一定信譽的供應(yīng)商,這樣,質(zhì)量比較有保證。有些供應(yīng)商沒有自己的冶煉爐,也沒有產(chǎn)品的化學(xué)檢驗手段,只是從他人手中購買大塊的原料進行破碎,這樣的供應(yīng)商的質(zhì)量保證能力很弱。 

孕育不良將導(dǎo)致石墨異常,薄壁部位出現(xiàn)白口,力學(xué)性能低下等問題;而孕育過量則導(dǎo)致石墨粗大,珠光體量不足,力學(xué)性能低下等問題。

孕育過量一般在工藝試制過程中容易出現(xiàn),在正常生產(chǎn)條件下則一般不會出現(xiàn)。2006年,某公司把75SiFe孕育劑更換成SiBa孕育劑,雖然工藝試驗時已經(jīng)把孕育量從1.0%降為0.6%,然而客戶反應(yīng)加工后產(chǎn)品厚大部位仍出現(xiàn)石墨粗大,直到將孕育量降至0.4%后產(chǎn)品才恢復(fù)正常,這說明孕育過量或不足對不同的孕育劑是不同的。 

正常生產(chǎn)條件下孕育不良不會出現(xiàn),但在設(shè)備出現(xiàn)問題時,尤其在流水線生產(chǎn)過程中,用澆注爐澆注鐵液的工藝則經(jīng)常出現(xiàn)孕育不良。因為在出現(xiàn)設(shè)備故障時,澆注爐中還存放有已經(jīng)孕育但沒有澆注的鐵液,隨著故障時間的延長,這些鐵液將因為孕育衰退而導(dǎo)致孕育不良。在鐵液量不太多時,我們一般采取在下包鐵液中適當多加孕育劑的辦法來重新孕育;而如果鐵液量太多,則只能把澆注爐中的鐵液重新回爐處理。 

孕育劑必須放在干燥通風(fēng)的地方,回潮的孕育劑必須烘干后方可使用。每年3~5月,是南方的梅雨季節(jié),越是通風(fēng)的地方空氣反而越潮濕,因此,這個季節(jié)使用孕育劑要更加小心。加在出鐵槽或轉(zhuǎn)運包的孕育劑不必烘干,只須在出鐵前幾分鐘把孕育劑放在出鐵槽或轉(zhuǎn)運包內(nèi),利用余熱把孕育劑烘干即可,特別注意的是,加入轉(zhuǎn)運包的孕育劑不可過早,否則孕育劑有被氧化或粘在包底的危險,影響孕育效果。

隨流孕育裝置和澆注機在一起,每天可提前把隨流孕育劑放在澆注機的爐臺上自然干燥1~2h,然后再加入到隨流孕育裝置中,一般不需要專門烘干。有些工廠用壓縮空氣來帶動隨流孕育劑,一定要注意壓縮空氣的干燥問題,否則,壓縮空氣的水份可能對孕育產(chǎn)生影響。 

灰鑄鐵的孕育對產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用,因此要慎重選擇孕育劑種類,并且要特別注意使用方法,盡可能把孕育置后以增加孕育效果,減少孕育劑用量,穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。